Gelombang : Jenis, Ciri, dan Rumusnya

Dimana ada gelombang tentunya disitu terdapat getaran. Getaran adalah gerak bolak-balik secara periodik melalui titik keseimbangan. Dalam getaran terdapat periodik ( T ) dan frekuensi ( f ). Periode getaran adalah waktu yang diperlukan untuk satu getaran, sedangkan frekuensi getaran adalah banyaknya getaran dalam setiap satuan waktu.

Apabila dituliskan dalam suatu persamaan sebagai berikut.

T=t/N dan f = N/t

Hubungan antara periode dan frekuensi sebagai berikut :

f = 1/T -> T = 1/f

Keterangan :

T = periode ( sekon)

t = waktu (sekon)

N = banyaknya getaran

f = frekuensi (Hertz)

Jenis Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat baik melalui medium (perantara) ataupun tanpa melalui medium. Gelombang dapat dikelompokkan berdasarkan sifat-sifat fisisnya, yaitu :

Gelombang berdasarkan arah getarannya

• Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya berimpit dengan arah rambatannya, misalnya gelombang bunyi.

• Gelombang transversel

Gelombang transversel adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatannya, misalnya gelombang pada tali dan gelombang cahaya.

Gelombang berdasarkan amplitudo

• Gelombang berjalan

Gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang dilalui gelombang, misalnya gelombang pada tali.

• Gelombang diam/berdiri

gelombang diam/berdiri adalah gelombang yang amplitudonya berubah, misalnya gelombang pada senar gitar yang dipetik.

Gelombang berdasarkan zat perantara atau medium rambatannya

• Gelombang mekanik

Gelombang mekanik yaitu gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, misalnya gelombang air, gelombang pada tali, dan gelombang bunyi.

• Gelombang elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang dalam perambatannya tanpa memerlukan medium, misalnya gelombang cahaya.

Ciri-ciri gelombang

• Dapat dipantulkan atau dicerminkan (refleksi). Pada peristiwa ini berlaku hukum pemantulan menurut Snellius.
• Dapat dibiaskan (refraksi). pembiasan dapat terjadi ketika gelombang melewati dua medium yang berbeda.
• Dapat dilenturkan (difraksi). Difraksi terjadi ketika gelombang melewati sebuah celah sempit.
• Dapat digabungkan atau dipadukan (interferensi). Interferensi gelombang terjadi ketika ada dua buah gelombang yang bersatu sehingga menghasilkan pola interferensi maksimum dan minimum.
• Dapat dikutubkan (polarisasi). Polarisasi adalah peristiwa terserapnya sebagian atau seluruh arah getar gelombang. Peristiwa ini hanya terjadi pada gelombang transversal.
• Dapat diuraikan (dispersi). Dispersi adalah lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah.

Rumus gelombang

1. Persamaan simpangan, kecepatan, dan percepatan

Simpangan dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.

y = A sin (ωt + θ₀ )

Persamaan kecepatan getaran harmonik adalah :

v = A.ω.cos (ωt + θ₀ )

Adapun persamaan dari percepatan gerak harmonik adalah :

a = -A.ω².cos (ωt + θ₀ )

Keterangan :

• y = simpangan (m)
• A = amplitudo (m)
• ω = frekuensi sudut (rad/s)
• θ₀ = sudut fase awal (rad)

2. sudut fase, dan beda fase

Sudut fase dapat dituliskan sebagai berikut :

θ = (ωt + θ₀ )

θ = 2πt/T + θ₀

θ = 2π (t/T + θ₀/ 2π)

θ = 2πφ

Keteranga :

φ = fas

θ = sudut fase akhir

3. Getaran beban pada pegas

Sebuah pegas apabila melakukan getaran akan memiliki periode dan frekuensi. Periode dan frekuensi pada pegas dituliskan dalam persamaan berikut :

T = 2π √k/m dan f = 1/2π√m/k

Adapun gaya pegas dan percepatan pda pegas dihitung dengan menggunakan persamaan.

F = -k.y

m.a = -k.y

a = -k.y/m

Keteranga ;

k = tetapan gaya (N/m)

m = massa benda (kg)

y = simpangan yang dihitung dari titik keseimbangan ( m )

4. Getaran beban pada ayunan sederhana

Ayunan yang bergetar memiliki frekuensi yang dituliskan dalam persamaan :

T = 2π √/g dan f = 1/2π√g/

Keterangan :

= panjang tali (m)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

5. hukum kekelan energi mekanik pada getaran harmonik

Hukum kekelan energi mekanik menyatakan bahwa ” pada getaran harmonik terjadi pertukaran energi potensial menjadi energi kinetik atau sebaliknya. Sementara itu, energi mekanik yaitu energi potensial dan energi kinetik bernilai tetap”.

• energi kinetik

Energi kinetik dapat dituliskan dalam persamaan berikut :

Ek = 1/2 mv² = 1/2 mω²A² cos² ωt = 1/2k (A² – y²)

• Energi potensial

Energi potensial dapat dituliskan dalam persamaan berikut :

Ep = 1/2ky² = 1/2mω²A² sin² ωt

• Energi mekanik

Energi mekanik merupakan penjumlahan antara energi kinetik dan energi potensial. Energi mekanik dapat dituliskan dalam persamaan berikut.

EM = 1/2 kA²

Keterangan :

A = amplitudo (m)

t = waktu (s)

• Superposisi getaran

Superposisi getaran adalah kegiatan menjumlahkan simpangan-simpangan getaran. Misalkan suatu gelombang memiliki dua getaran, yaitu :

y₁ = A sin ω₁t

y₂ = A sin ω₂t

Getaran resultannya adalah :

y = 2.A.cos (ω₁-ω₂/2).t.sin ( ω₁-ω₂/2).t